JP6699701B2 - Yttrium-based fluoride thermal spray coating, thermal spray material for forming the thermal spray coating, method of forming the thermal spray coating, and corrosion resistant coating including the thermal spray coating - Google Patents

Yttrium-based fluoride thermal spray coating, thermal spray material for forming the thermal spray coating, method of forming the thermal spray coating, and corrosion resistant coating including the thermal spray coating Download PDF

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本発明は、半導体製造、液晶製造、有機EL製造、無機EL製造等の製造工程においてハロゲン系腐食性ガスや腐食性プラズマの雰囲気下に使用される部品等に設けられる低発塵性の耐食性皮膜として好適に採用されるイットリウム系フッ化物溶射皮膜、該溶射皮膜を形成するための溶射材料、該溶射皮膜の形成方法、及び該イットリウム系フッ化物溶射皮膜を含む複数層構造の耐食性皮膜に関する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a low-dusting corrosion-resistant coating provided on parts or the like used in an atmosphere of halogen-based corrosive gas or corrosive plasma in manufacturing processes such as semiconductor manufacturing, liquid crystal manufacturing, organic EL manufacturing, and inorganic EL manufacturing. The present invention relates to a yttrium-based fluoride sprayed coating, a sprayed material for forming the sprayed coating, a method for forming the sprayed coating, and a multi-layered corrosion-resistant coating including the yttrium-based fluoride sprayed coating.

従来、半導体製造工程においては、絶縁膜エッチング装置、ゲートエッチング装置、CVD装置などが使用されるが、その場合に微細化加工による高集積化技術に伴いプラズマ発生によるチャンバー部材の耐食性が問題になることがある。また、不純物汚染を防止するため、これら装置を構成する部材には高純度材料が用いられる。   Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, an insulating film etching apparatus, a gate etching apparatus, a CVD apparatus, etc. are used, but in this case, the corrosion resistance of the chamber member due to plasma generation becomes a problem with the high integration technology by the miniaturization process. Sometimes. Further, in order to prevent contamination of impurities, high-purity materials are used for members constituting these devices.

上記半導体製造工程の処理ガスとしては、フッ素系、塩素系のハロゲン系ガスが利用され、フッ素系ガスとしてはSF6、CF4、CHF3、ClF3、HF、NF3等が、また塩素系ガスとしてはCl2、BCl3、HCl、CCl4、SiCl4等が挙げられる。これらのガスが導入された雰囲気にマイクロ波などの高周波を発生させ、これらのガスをプラズマ化させて処理を行なうが、その際このプラズマに暴露されるチャンバーを構成する部材には高い耐食性が要求される。 Fluorine-based or chlorine-based halogen-based gas is used as the processing gas in the semiconductor manufacturing process, and SF 6 , CF 4 , CHF 3 , ClF 3 , HF, NF 3, etc. are used as the fluorine-based gas, and chlorine-based gas is also used. Examples of the gas include Cl 2 , BCl 3 , HCl, CCl 4 , and SiCl 4 . High-frequency waves such as microwaves are generated in the atmosphere in which these gases are introduced, and these gases are converted into plasma for processing. At that time, the members constituting the chamber exposed to this plasma are required to have high corrosion resistance. To be done.

このような処理に用いられる装置の部品や部材には、表面に耐食性皮膜を形成することが行われており、例えば金属アルミニウム又は酸化アルミニウムセラミックスからなる基材の表面に酸化イットリウム(特許第4006596号公報)やフッ化イットリウム(特許第3523222号公報、特表2011−514933号公報)を溶射し成膜した部品や部材が耐腐食性に優れていることが知られ、採用されている。また、プラズマに暴露されるチャンバー部材の内壁を保護する材料として、石英、アルミナ等のセラミックス、アルマイト処理皮膜、あるいは、これら基材表面に上記溶射を施した溶射皮膜が挙げられる。更に、特開2002−241971号公報には、耐食性ガス下でプラズマに曝される表面領域が周期律表3A族の金属層で形成された耐プラズマ部材が提案されている。その膜厚は、50〜200μm程度が一般的である。   A corrosion-resistant film is formed on the surface of the parts and members of the apparatus used for such treatment. For example, yttrium oxide (Japanese Patent No. 4006596) is formed on the surface of a base material made of metal aluminum or aluminum oxide ceramics. Gazette) and yttrium fluoride (Japanese Patent No. 3523222 gazette, Japanese Patent Laid-Open No. 2011-514933 gazette), the parts and members formed by thermal spraying are known to have excellent corrosion resistance and have been adopted. Further, as a material for protecting the inner wall of the chamber member exposed to plasma, quartz, ceramics such as alumina, an alumite treatment coating, or a thermal spray coating obtained by subjecting the surface of these base materials to the above thermal spraying is mentioned. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-241971 proposes a plasma resistant member in which a surface region exposed to plasma under a corrosion resistant gas is formed of a metal layer of Group 3A of the periodic table. The film thickness is generally about 50 to 200 μm.

しかしながら、上記セラミック部材は加工コストが高く、腐食性ガス雰囲気下でプラズマに長時間曝されると、反応ガスによる影響で表面からの腐食が進行して表面を構成する結晶粒子が離脱し、いわゆるパーティクルが発生する。この離脱したパーティクルが半導体ウェハーや下部電極などに付着して、エッチング工程の製造歩留まりに悪影響を及ぼすことが分かっており、これらパーティクル汚染の原因となる反応生成物を除去する必要がある。また、部材表面をプラズマに対して耐食性のある材料にする場合にも基材からの金属汚染を防止することも必要になる。更に、アルマイト処理皮膜や溶射皮膜の場合、コートする基材が金属であると、当該金属からの汚染がエッチング工程の品質歩留まりに悪影響を及ぼす場合もある。   However, the above-mentioned ceramic member has a high processing cost, and when it is exposed to plasma for a long time in a corrosive gas atmosphere, the reaction gas causes corrosion from the surface to dissociate the crystal grains forming the surface, so-called. Particles are generated. It is known that the separated particles adhere to the semiconductor wafer, the lower electrode, etc. and adversely affect the manufacturing yield in the etching process, and it is necessary to remove the reaction products that cause the particle contamination. Further, even when the surface of the member is made of a material having corrosion resistance to plasma, it is necessary to prevent metal contamination from the base material. Further, in the case of an alumite treatment coating or a thermal spray coating, if the substrate to be coated is a metal, contamination from the metal may adversely affect the quality yield of the etching process.

一方、プラズマによる影響でチャンバー内壁に付着堆積した反応生成物を洗浄により除去する必要があるが、大気中の水分や水系洗浄工程では、反応生成物と水とが反応して酸が発生し、その酸が溶射皮膜と金属基材との界面まで浸透して基材界面にダメージを与え、これら界面の密着力の低下を招き、皮膜剥離が発生し、本来のプラズマ耐性が損なわれる危険性がある。   On the other hand, it is necessary to remove the reaction product adhered and deposited on the inner wall of the chamber by cleaning due to the influence of plasma, but in the atmospheric water or water-based cleaning step, the reaction product reacts with water to generate an acid, The acid permeates to the interface between the thermal spray coating and the metal substrate and damages the interface of the substrate, leading to a decrease in the adhesive strength at these interfaces, causing film peeling and the risk of impairing the original plasma resistance. is there.

また、半導体デバイス製造においては、微細化と大口径化が進んでおり、特にドライエッチングプロセスにおいてチャンバー部材の耐プラズマ性能が与える影響は大きく、チャンバー部材の腐食により発生する金属汚染、反応生成物や皮膜からの脱粒による上記パーティクルが問題になる。   Further, in the manufacture of semiconductor devices, miniaturization and increase in diameter have been progressing, and particularly the plasma resistance performance of the chamber member has a great influence in the dry etching process, and metal contamination, reaction products and The above particles due to the shedding of particles from the film pose a problem.

更に、近年は半導体の集積化が進み、配線は20nm以下にもなりつつあるが、上記イットリウム系皮膜の場合、この集積化が進んだ半導体デバイスの製造過程におけるエッチング中に部品のイットリウム系皮膜表面からイットリウム系粒子が剥がれSiウェハー上に落ちてエッチング処理の障害となり、これが半導体デバイスの歩留まりを悪化させる原因となる。また、イットリウム系皮膜表面から剥がれるイットリウム系粒子はエッチング時間の初期に多く、エッチング時間が長くなるにつれて、減少する傾向がある。なお、先行技術文献として上記以外にも下記特許文献5〜9が挙げられる。   Furthermore, in recent years, the integration of semiconductors has progressed, and the wiring has become 20 nm or less. In the case of the above yttrium-based film, the surface of the yttrium-based film of the component during etching in the manufacturing process of this highly integrated semiconductor device The yttrium-based particles are peeled off and fall on the Si wafer, which becomes an obstacle to the etching process, which causes the yield of semiconductor devices to be deteriorated. Further, the amount of yttrium-based particles peeled off from the surface of the yttrium-based coating is large at the beginning of the etching time and tends to decrease as the etching time becomes longer. In addition to the above, the following patent documents 5 to 9 can be cited as prior art documents.

特許第4006596号公報Japanese Patent No. 4006596 特許第3523222号公報Japanese Patent No. 3523222 特表2011−514933号公報Special table 2011-514933 gazette 特開2002−241971号公報JP, 2002-241971, A 特許第3672833号公報Japanese Patent No. 3672833 特許第4905697号公報Japanese Patent No. 490597 特許第3894313号公報Japanese Patent No. 3894313 特許第5396672号公報Japanese Patent No. 5396672 特許第4985928号公報Japanese Patent No. 4985928

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、半導体製造装置に使用されるハロゲン系腐食性ガスの部材表面からのガス浸透を抑制し、そのプラズマに対して十分な耐食性(耐プラズマ性)を有すると共に、プラズマエッチング中に部材表面に付着堆積した反応生成物を除去するための酸洗浄を繰り返しても酸浸透による基材損傷を可及的に防止することができ、しかも金属汚染、反応生成物や皮膜からの脱粒によるパーティクル発生の少ない耐食性皮膜を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and suppresses gas permeation of a halogen-based corrosive gas used in a semiconductor manufacturing apparatus from the surface of the member, and has sufficient corrosion resistance to plasma (plasma resistance). ), the substrate damage due to acid permeation can be prevented as much as possible even if the acid cleaning for removing the reaction product adhered and deposited on the surface of the member during plasma etching is repeated as much as possible, and metal contamination, It is an object of the present invention to provide a corrosion-resistant coating film in which the generation of particles due to the reaction products and the shedding of particles from the coating film is small.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、YF3、Y547、YOF等を含むイットリウム系フッ化物結晶構造を有し、酸素濃度が1〜6質量%、硬度350HV以上のイットリウム系フッ化物溶射皮膜、特にクラック量や気孔率が皮膜表面積の5%以下、更には炭素含有量が0.01質量%以下の皮膜が、プラズマに対して十分な耐食性を発揮すると共に、酸洗浄時にも酸浸透による基材損傷を効果的に防止することができ、しかも上記パーティクルの発生を可及的に減少させることができることを見い出した。 As a result of earnest studies to achieve the above object, the present inventors have a yttrium-based fluoride crystal structure containing YF 3 , Y 5 O 4 F 7 , YOF, etc., and have an oxygen concentration of 1 to 6 mass. %, hardness of 350 HV or more, yttrium-based fluoride sprayed coating, especially crack amount and porosity 5% or less of the coating surface area, further carbon content of 0.01% by mass or less, sufficient corrosion resistance to plasma It was found that the substrate damage due to the acid permeation can be effectively prevented during the acid cleaning, and the generation of the particles can be reduced as much as possible.

また、本発明者らは、更に検討を進めた結果、溶射材料として、9〜27質量%がY547で残部がYF3の造粒粉、又はフッ化イットリウムの造粒粉95〜85質量%と酸化イットリウムの造粒粉5〜15質量%とを混合した混合粉末を用いることにより、クラック量5%以下の上記高性能なイットリウム系フッ化物溶射皮膜を容易に成膜することができ、更にY、Sc、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の希土類の酸化物からなる気孔率5%以下の希土類酸化物溶射皮膜の下層と上記イットリウム系フッ化物溶射皮膜とを組み合わせることにより、より高い酸浸透抑制効果が得られ、皮膜の損傷をより効果的に防止してより信頼性の高い耐食性能が得られることを見い出し、本発明を完成したものである。 As a result of further studies, the present inventors have found that as a thermal spray material, 9 to 27 mass% of Y 5 O 4 F 7 and the balance of YF 3 are granulated powder or yttrium fluoride granulated powder 95. To easily form the above high-performance yttrium-based fluoride spray coating having a crack amount of 5% or less by using a mixed powder in which ˜85% by mass and a granulated powder of yttrium oxide of 5 to 15% by mass are used. And a lower layer of a rare earth oxide sprayed coating having a porosity of 5% or less, which is made of an oxide of a rare earth such as Y, Sc, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and the above yttrium fluoride. By combining with a thermal spray coating, it has been found that a higher acid permeation suppression effect can be obtained, the damage of the coating can be more effectively prevented, and a more reliable corrosion resistance performance can be obtained. is there.

従って、本発明は、下記イットリウム系フッ化物溶射皮膜、該溶射皮膜を形成するための溶射材料、該溶射皮膜の形成方法、及び該溶射皮膜を含む耐食性皮膜を提供する。
[1] 基材表面に形成された厚さ10〜500μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜であり、YF3と、Y547及び/又はYOFとを含むイットリウム系フッ化物結晶構造を有し、酸素濃度2〜4質量%、硬度350〜470HVであり、クラック量が皮膜表面積の5%以下、かつ気孔率が皮膜表面積の5%以下であることを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射皮膜。
] YF3と、Y547及び/又はYOFとからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有する[1]のイットリウム系フッ化物溶射皮膜。
] 炭素の含有量が0.01質量%以下である[1]又は[2]のイットリウム系フッ化物溶射皮膜。
] [1]〜[]のいずれかのイットリウム系フッ化物溶射皮膜を形成するための溶射材料であり、9〜27質量%がY547で残部がYF3の造粒粉からなることを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射材料。
] [1]〜[]のいずれかのイットリウム系フッ化物溶射皮膜を形成するための溶射材料であり、フッ化イットリウムの造粒粉95〜85質量%と酸化イットリウムの造粒粉5〜15質量%とを混合した混合粉末であることを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射材料。
] [1]〜[]のいずれかのイットリウム系フッ化物溶射皮膜を形成する方法であって、[]又は[]記載のイットリウム系フッ化物溶射材料を用いた溶射により形成することを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射皮膜の形成方法。
] 上記溶射がプラズマ溶射である[]記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜の形成方法。
] 厚さ10〜500μmで気孔率5%以下の希土類酸化物溶射皮膜からなる下層と、[1]〜[]のいずれかのイットリウム系フッ化物溶射皮膜からなる最表面層とを有する複数層構造であることを特徴とする耐食性皮膜。
] 上記下層の希土類酸化物溶射皮膜の希土類金属元素が、Y、Sc、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuから選ばれる1種又は2種以上である[]の耐食性皮膜。
Therefore, the present invention provides the following yttrium fluoride thermal spray coating, a thermal spray material for forming the thermal spray coating, a method for forming the thermal spray coating, and a corrosion resistant coating including the thermal spray coating.
[1] A yttrium-based fluoride thermal spray coating having a thickness of 10 to 500 μm formed on the surface of a base material, which has a yttrium-based fluoride crystal structure containing YF 3 and Y 5 O 4 F 7 and/or YOF. and an oxygen concentration 2-4 wt%, hardness 350~470HV der is, 5% of the cracks weight film surface area or less, and yttrium-based fluorides porosity characterized by 5% der Rukoto coating surface area Thermal spray coating.
[ 2 ] The yttrium fluoride thermal spray coating of [1 ] having a yttrium fluoride crystal structure composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 and/or YOF.
[ 3 ] The yttrium fluoride thermal spray coating according to [1] or [2] , which has a carbon content of 0.01 mass% or less.
[ 4 ] A thermal spray material for forming the yttrium fluoride thermal spray coating according to any one of [1] to [ 3 ], wherein 9 to 27 mass% of Y 5 O 4 F 7 and the balance of YF 3 are granulated. A yttrium-based fluoride thermal spray material characterized by comprising powder.
[ 5 ] A thermal spray material for forming the yttrium-based fluoride thermal spray coating of any one of [1] to [ 3 ], wherein the yttrium fluoride granulated powder 95 to 85 mass% and the yttrium oxide granulated powder 5 A yttrium-based fluoride thermal spray material, characterized in that it is a mixed powder in which 0.1 to 15 mass% is mixed.
[ 6 ] A method for forming the yttrium-based fluoride sprayed coating of any one of [1] to [ 3 ], which is formed by spraying using the yttrium-based fluoride sprayed material according to [ 4 ] or [ 5 ]. A method for forming a yttrium-based fluoride sprayed coating, comprising:
[ 7 ] The method for forming an yttrium-based fluoride sprayed coating according to [ 6 ], wherein the spraying is plasma spraying.
[ 8 ] A lower layer made of a rare earth oxide sprayed coating having a thickness of 10 to 500 μm and a porosity of 5% or less, and an outermost surface layer made of the yttrium fluoride sprayed coating of any one of [1] to [ 3 ]. Corrosion resistant film having a multi-layer structure.
[ 9 ] The rare earth metal element of the lower layer rare earth oxide sprayed coating is one or more selected from Y, Sc, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu [ 8 ]. Corrosion resistant film.

本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜によれば、ハロゲン系ガス雰囲気又はハロゲン系ガスプラズマ雰囲気下で処理を行う場合に優れた耐腐食性を発揮すると共に、酸洗浄時にも酸浸透による基材損傷を効果的に防止することができ、しかも反応生成物や皮膜からの脱粒によるパーティクルの発生を可及的に減少させることができる。そして、本発明の溶射材料によれば、このような本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を容易に得ることができる。更に、この本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を、気孔率5%以下の希土類酸化物溶射皮膜からなる下層と組み合わせた本発明の耐食性皮膜によれば、酸浸透抑制効果をより高めることができ、皮膜の損傷をより効果的に防止してより信頼性の高い耐食性能が得られるものである。   According to the yttrium-based fluoride sprayed coating of the present invention, while exhibiting excellent corrosion resistance when treated in a halogen-based gas atmosphere or a halogen-based gas plasma atmosphere, substrate damage due to acid penetration even during acid cleaning Can be effectively prevented, and furthermore, the generation of particles due to the reaction products and the shedding of particles from the film can be reduced as much as possible. According to the thermal spray material of the present invention, such an yttrium fluoride thermal spray coating of the present invention can be easily obtained. Furthermore, according to the corrosion resistant coating of the present invention in which the yttrium fluoride thermal sprayed coating of the present invention is combined with the lower layer composed of the rare earth oxide thermal sprayed coating having a porosity of 5% or less, the effect of suppressing acid permeation can be further enhanced. In addition, it is possible to more effectively prevent damage to the coating and obtain more reliable corrosion resistance.

比較例1で成膜したイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表面を示す電子顕微鏡写真である。5 is an electron micrograph showing the surface of a yttrium-based fluoride sprayed coating formed in Comparative Example 1. クラックを強調した図1の電子顕微鏡写真の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the electron micrograph of FIG. 1 which emphasized the crack. 実施例2で成膜したイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表面を示す電子顕微鏡写真である。3 is an electron micrograph showing the surface of the yttrium-based fluoride sprayed coating formed in Example 2. クラックを強調した図3の電子顕微鏡写真の部分拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view of the electron micrograph of FIG. 3 highlighting cracks.

本発明の溶射皮膜は、ハロゲン系ガス雰囲気又はハロゲン系ガスプラズマ雰囲気に対して良好な耐食性を有するイットリウム系フッ化物の溶射皮膜であり、例えばYF3、Y547、YOF等を含むイットリウム系フッ化物結晶構造を有するものであり、好ましくはYF3と、Y547、YOF、Y23から選ばれる少なくとも1種以上とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有するものである。 The thermal spray coating of the present invention is a yttrium fluoride thermal spray coating having good corrosion resistance to a halogen-based gas atmosphere or a halogen-based gas plasma atmosphere, and includes, for example, YF 3 , Y 5 O 4 F 7 , YOF and the like. Those having a yttrium-based fluoride crystal structure, and preferably those having a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YF 3 and at least one selected from Y 5 O 4 F 7 , YOF, and Y 2 O 3. Is.

本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜は、上記のように、酸素濃度1〜6質量%、硬度350HV以上の皮膜であり、このように酸素濃度が低くかつ高硬度なイットリウム系フッ化物溶射皮膜はクラックや開気孔が少なく緻密な膜質となり、これによりパーティクル汚染やハロゲン系腐食ガスの侵入を抑制することができる。なお、より好ましい酸素濃度は2〜4.8質量%であり、より好ましい硬度は350〜470HVである。皮膜のクラック量はクラックの面積が皮膜表面積の5%以下であることが好ましく、より好ましくは4%以下である。また、気孔率も皮膜表面積の5%以下であることが好ましく、より好ましくは3%以下である。クラック量や気孔率は溶射皮膜表面を画像解析することにより定量化することができ、その画像面積に対する割合を測定することができる。なお、皮膜が切断された状態で使用される場合には、その断面部分の面積も上記の「皮膜表面積」に含むものとする。クラック量や気孔率の詳細及びこれらの具体的な測定方法は後述する。   As described above, the yttrium fluoride thermal spray coating of the present invention is a film having an oxygen concentration of 1 to 6 mass% and a hardness of 350 HV or higher. Thus, a yttrium fluoride thermal spray coating having a low oxygen concentration and high hardness is The film quality has a small number of cracks and open pores, which makes it possible to suppress particle contamination and invasion of halogen-based corrosive gas. In addition, more preferable oxygen concentration is 2 to 4.8 mass %, and more preferable hardness is 350 to 470 HV. The amount of cracks in the coating is preferably 5% or less of the surface area of the coating, and more preferably 4% or less. The porosity is also preferably 5% or less of the surface area of the coating, and more preferably 3% or less. The crack amount and the porosity can be quantified by image analysis of the surface of the sprayed coating, and the ratio to the image area can be measured. When the coating is used in a cut state, the area of its cross-section is also included in the above-mentioned "coating surface area". The details of the crack amount and the porosity and the specific measuring methods thereof will be described later.

更に、特に制限されるものではないが、皮膜中の炭素量を0.01質量%以下とすることが好ましく、これによりカーボンによる影響で生ずる結晶系の歪、プラズマガスや熱の影響で起こる膜質の変化を抑制することができ、膜質の安定化を図ることができる。なお、より好ましい炭素量は0.005質量%以下である。   Further, although not particularly limited, it is preferable that the amount of carbon in the film is 0.01% by mass or less, whereby the distortion of the crystal system caused by the influence of carbon and the film quality caused by the influence of plasma gas or heat. Can be suppressed, and the film quality can be stabilized. A more preferable amount of carbon is 0.005% by mass or less.

本発明の溶射皮膜を形成するイットリウム系フッ化物は、ハロゲン系プラズマガスと反応せず、反応ガスに伴うパーティクルの発生を抑制することができ、これにより半導体デバイス製造時のプロセス変動を可及的に防止することができる。本発明の溶射皮膜を形成するイットリウム系フッ化物は、特に制限されるものではないが、上記のように、YF3と、Y547、YOF、Y23から選ばれる少なくとも1種以上とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有するものであることが好ましい。 The yttrium-based fluoride forming the sprayed coating of the present invention does not react with the halogen-based plasma gas and can suppress the generation of particles due to the reaction gas, thereby making it possible to reduce process fluctuations during semiconductor device manufacturing. Can be prevented. The yttrium-based fluoride that forms the sprayed coating of the present invention is not particularly limited, but as described above, at least one selected from YF 3 and Y 5 O 4 F 7 , YOF, and Y 2 O 3. It is preferable to have a yttrium-based fluoride crystal structure composed of one or more species.

即ち、希土類フッ化物の中には希土類元素により相転移点を持つものがあり、Y、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Luは焼結温度からの冷却時に相変化しクラックが発生するため、焼結体の製造が困難である。これは結晶構造に起因する。例えば、フッ化イットリウム溶射皮膜の結晶構造は高温型、低温型の2種類があり、転移温度は1355Kである。相転移により密度が高温型(六方晶系)の3.91g/cm3から低温型(斜方晶系)の5.05g/cm3に変化し体積減少により表面クラックが発生する。これに対し、イットリウム系フッ化物に例えばY23を微量添加すると、結晶が部分安定化されクラックの形態が変わり表面のクラックを減らすことができる。そして、本発明では、上記のように、YF3と、Y547、YOF、Y23から選ばれる少なくとも1種以上とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造の皮膜とすることが好ましく、これによりクラックの発生を効果的に抑制することができる。 That is, some rare earth fluorides have a phase transition point due to the rare earth element, and Y, Sm, Eu, Gd, Er, Tm, Yb, and Lu undergo phase change during cooling from the sintering temperature and cracks occur. Therefore, it is difficult to manufacture a sintered body. This is due to the crystal structure. For example, the yttrium fluoride sprayed coating has two types of crystal structures, a high temperature type and a low temperature type, and the transition temperature is 1355K. Phase density by transition surface cracks occur due to a change to the volume decreased from 3.91 g / cm 3 of high temperature (hexagonal) to 5.05 g / cm 3 of low-temperature (orthorhombic). On the other hand, when a small amount of Y 2 O 3 , for example, is added to the yttrium-based fluoride, the crystal is partially stabilized and the crack morphology is changed to reduce the surface crack. Further, in the present invention, as described above, a film having a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YF 3 and at least one selected from Y 5 O 4 F 7 , YOF, and Y 2 O 3 can be formed. Preferably, this can effectively suppress the occurrence of cracks.

本発明の溶射皮膜の厚さは、上記のとおり、10〜500μmであり、好ましくは30〜300μmである。皮膜の厚さが10μm未満であると、ハロゲン系ガス雰囲気又はハロゲン系ガスプラズマ雰囲気に対する十分な耐食性が得られない場合があり、またパーティクル汚染の発生を効果的に抑制することが困難となる場合もある。一方、厚さが500μmを超えても、増厚に見合うだけの効果の向上は見られず、また熱応力による皮膜剥離等の不都合を生じる場合もある。   The thickness of the thermal spray coating of the present invention is 10 to 500 μm, and preferably 30 to 300 μm, as described above. If the thickness of the coating is less than 10 μm, sufficient corrosion resistance to a halogen-based gas atmosphere or a halogen-based gas plasma atmosphere may not be obtained, and it may be difficult to effectively suppress particle contamination. There is also. On the other hand, even if the thickness exceeds 500 μm, the effect corresponding to the increase in thickness is not improved, and inconvenience such as film peeling due to thermal stress may occur.

本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜は、下記溶射材料を用いて溶射を行なうことにより得ることができる。   The yttrium fluoride thermal spray coating of the present invention can be obtained by performing thermal spraying using the following thermal spray materials.

即ち、YF3原料粉末95〜85質量%とY23原料粉末5〜15質量%とを混合した混合原料粉をスプレードライ等により造粒し、得られた造粒粉を真空又は不活性ガス雰囲気中で600〜1000℃、好ましくは700〜900℃の温度で、1〜12時間、好ましくは2〜5時間焼成して単一の造粒粉とする。なお、上記各原料粉末の粒径は0.01〜3μm(D50)の単一粒子とすることが好ましく、焼成した造粒粉の粒径は10〜60μm(D50)とすることが好ましい。このようにして得られた焼成粉(造粒粉)はY547とYF3とが混在した結晶構造を有することがXRD解析により確認でき、Y547の含有量が9〜27質量%で残部がYF3となる。この焼成粉(単一造粒粉)を本発明溶射皮膜を形成するための溶射材料とすることができる。また、上記YF3の原料粉末(造粒粉)95〜85質量%とY23の原料粉末(造粒粉)5〜15質量%とを混合した未焼成の混合粉末を溶射材料とすることもできる。 That is, a mixed raw material powder obtained by mixing 95 to 85 mass% of YF 3 raw material powder and 5 to 15 mass% of Y 2 O 3 raw material powder is granulated by spray drying or the like, and the obtained granulated powder is vacuumed or inert. It is calcined in a gas atmosphere at a temperature of 600 to 1000° C., preferably 700 to 900° C. for 1 to 12 hours, preferably 2 to 5 hours to obtain a single granulated powder. The above is preferably be a single particle of each raw material powder of particle size 0.01 to 3 [mu] m (D 50), the particle size of the fired granulated powder is preferably set to 10 to 60 [mu] m (D 50) .. It can be confirmed by XRD analysis that the fired powder (granulated powder) thus obtained has a crystal structure in which Y 5 O 4 F 7 and YF 3 are mixed, and the content of Y 5 O 4 F 7 is The balance becomes YF 3 at 9 to 27 mass %. This fired powder (single granulated powder) can be used as a thermal spray material for forming the thermal spray coating of the present invention. Further, an unfired mixed powder obtained by mixing 95 to 85 mass% of the YF 3 raw material powder (granulated powder) and 5 to 15 mass% of the Y 2 O 3 raw material powder (granulated powder) is used as the thermal spray material. You can also

上記焼成粉(単一造粒粉)又は上記混合粉末を溶射材料として用いて溶射を行なうことにより、YF3と、Y547、YOF、Y23から選ばれる少なくとも1種以上とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有する溶射皮膜が得られ、その皮膜は表面のクラックが少なく、硬度350〜470HV程度の緻密な皮膜となる。また、この溶射皮膜中の酸素含有量は2〜4質量%となる。更に、これらの溶射材料を用いることにより、後述する気孔率を小さくすることもでき、気孔率を5%以下とすることが可能である。 At least one selected from YF 3 , Y 5 O 4 F 7 , YOF, and Y 2 O 3 by performing thermal spraying using the above-mentioned baked powder (single granulated powder) or the above-mentioned mixed powder as a thermal spray material. A thermal sprayed coating having a yttrium-based fluoride crystal structure consisting of and is obtained. The coating has few surface cracks and is a dense coating with a hardness of approximately 350 to 470 HV. Further, the oxygen content in this thermal spray coating is 2 to 4 mass %. Further, by using these thermal spray materials, the porosity described later can be reduced, and the porosity can be 5% or less.

本発明の溶射皮膜は、上記のようにクラック量が皮膜表面積の5%以下であることが好ましいが、クラック量を少なくするための方法として、得られた溶射皮膜の表面を研磨する方法も有効である。即ち、溶射形成したイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表面を10〜50μm厚ほど削り落してクラックを除去するも方法である。しかしながら、最表層部のクラックを研磨により除去しても硬度が低く、気孔率が大きければ緻密な膜質とはならず、研磨によりクラックを除去した後も350HV以上の高い硬度が維持され、気孔率の小さい膜質であることが必要である。一方、表面研削、研磨加工などによりクラックを減少させる利点としては、研磨により表面粗さを小さくすることで皮膜表面の比表面積を減らし、初期パーティクルを少なくし得ることである。   In the thermal spray coating of the present invention, the crack amount is preferably 5% or less of the coating surface area as described above, but a method of polishing the surface of the obtained thermal spray coating is also effective as a method for reducing the crack amount. Is. That is, a method is also possible in which the surface of the yttrium-based fluoride thermal spray coating formed by thermal spraying is scraped off by a thickness of 10 to 50 μm to remove cracks. However, even if the cracks in the outermost surface layer are removed by polishing, the hardness is low, and if the porosity is large, a dense film quality is not obtained, and even after the cracks are removed by polishing, a high hardness of 350 HV or higher is maintained and the porosity is high. It is necessary that the film quality is small. On the other hand, the advantage of reducing cracks by surface grinding, polishing, etc. is that the surface roughness can be reduced by polishing to reduce the specific surface area of the coating surface and the initial particles can be reduced.

本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を形成する際の溶射条件は、プラズマ溶射、SPS溶射、爆発溶射、減圧溶射等のいずれの雰囲気によるものでもよく、ノズルと基材との距離及び溶射スピード(ガス種、ガス量)をコントロールしながら、例えば上記の粉末状の溶射材料を溶射装置に仕込み、所望の厚さになるように成膜すればよい。その際、特にプラズマ溶射の場合には、セカンダリーガスとしてヘリウムガスを使用するとよい。理由はヘリウムガスを使用することで、溶融フレームの速度が上がり、より緻密な膜が得られるからである。   The spraying conditions for forming the yttrium-based fluoride sprayed coating of the present invention may be any atmosphere such as plasma spraying, SPS spraying, explosive spraying, reduced pressure spraying, etc., and the distance between the nozzle and the base material and the spraying speed ( For example, the above powdery thermal spray material may be charged into a thermal spraying device while controlling the gas species and the gas amount) to form a film having a desired thickness. In that case, especially in the case of plasma spraying, it is advisable to use helium gas as the secondary gas. The reason is that by using helium gas, the speed of the melting frame is increased and a denser film can be obtained.

なお、本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜が形成される基材としては、特に制限はないが、通常は半導体製造装置で使用されている金属、セラミックス等であり、特にアルミ金属の場合は耐酸性のあるアルマイト処理の施された基材でもよい。   The base material on which the yttrium fluoride thermal sprayed coating of the present invention is formed is not particularly limited, but it is usually a metal used in semiconductor manufacturing equipment, ceramics, etc. A base material that has been subjected to alumite treatment having a property may be used.

本発明の溶射皮膜は、上記のようにクラック量及び気孔率がいずれも皮膜表面積の5%以下と少ないことが好ましく、また本発明では、このような低いクラック量及び気孔率を達成することができるものである。このクラックや気孔率について以下に更に詳しく説明する。   As described above, the thermal spray coating of the present invention preferably has a small amount of cracks and a low porosity of 5% or less of the surface area of the coating, and in the present invention, such a low amount of cracks and a low porosity can be achieved. It is possible. The cracks and porosity will be described in more detail below.

溶射皮膜の断面には、「溶射技術ハンドブック」(著者:日本溶射協会、出版:技術開発センター、刊行:1998年5月)にも書かれているように結合部、未結合部、垂直割れが存在する。垂直割れのことを開気孔(オープンポア)と定義する。結合部と未結合部空間に存在する閉気孔(クローズポア)ならば、ガスや酸水の浸透は起こらないが、垂直割れ(開気孔)や未結合空間の水平な割れ(開気孔)が溶射皮膜と基材との界面まで繋がっていれば、ガスや酸水の浸透が基材界面部まで起こる。この開気孔(垂直割れ)が存在することで、溶射皮膜と基材との界面まで反応ガスが浸透する。皮膜表面で生成した反応生成物が水と反応し、酸が発生、この酸が水に溶けて溶射皮膜内部に浸透してゆき、基材界面部で基材金属と反応し、反応ガスによる作用で溶射皮膜を浮かし、皮膜剥がれが発生する。この作用は、繰り返しの洗浄で使われる水や酸でも同様な事が起こると推定される。これらのメカニズムを以下に説明する。   As described in the "Spraying Technology Handbook" (Author: Japan Thermal Spraying Association, Publishing: Technology Development Center, Publication: May 1998), the cross section of the sprayed coating has joints, unbonded portions, and vertical cracks. Exists. Vertical cracks are defined as open pores. If there are closed pores (close pores) existing in the joint and non-joint spaces, gas and acid water will not penetrate, but vertical cracks (open pores) and horizontal cracks (open pores) in the unbonded space will be sprayed. If it is connected to the interface between the film and the substrate, gas and acid water will penetrate to the interface of the substrate. The presence of the open pores (vertical cracks) allows the reaction gas to penetrate to the interface between the thermal spray coating and the substrate. The reaction product generated on the surface of the coating reacts with water to generate an acid, which dissolves in water and permeates into the thermal spray coating, reacts with the base metal at the base material interface, and acts by the reaction gas. The thermal spray coating floats and the coating peels off. It is presumed that this action also occurs in water and acid used in repeated washing. These mechanisms will be described below.

半導体製造工程におけるドライエッチングプロセスのポリシリコンゲート電極エッチングではCCl4、CF4、CHF3、NF4等の混合ガスプラズマ、Al配線エッチングではCCl4、BCl3、SiCl4等の混合ガスプラズマ、W配線エッチングではCF4、CCl4、O2等の混合ガスプラズマが使われている。また、CVDプロセスのSi膜形成ではSiH2Cl2−H2混合ガス、Si34形成ではSiH2Cl2−NH3−H2混合ガス、TiN膜形成ではTiCl4−NH3混合ガスが使われている。 Mixed gas plasma of CCl 4 , CF 4 , CHF 3 , NF 4 etc. in the polysilicon gate electrode etching of the dry etching process in the semiconductor manufacturing process, mixed gas plasma of CCl 4 , BCl 3 , SiCl 4 etc. in the Al wiring etching, W In the wiring etching, mixed gas plasma of CF 4 , CCl 4 , O 2, etc. is used. Further, a SiH 2 Cl 2 —H 2 mixed gas is used for forming a Si film in a CVD process, a SiH 2 Cl 2 —NH 3 —H 2 mixed gas is used for forming a Si 3 N 4 , and a TiCl 4 —NH 3 mixed gas is used for forming a TiN film. It is used.

この場合、例えば上記Al配線エッチングにおける上記塩素系のガスプラズマにおいて、アルミニウムと塩素が反応して塩化アルミニウム(AlCl3)がデポ物として溶射皮膜表面に付着する。そのデポ物が水と共に溶射皮膜内部に浸透し、溶射皮膜とアルミ基材界面部に溜まる。そうすると、洗浄、乾燥時に界面での塩化アルミの凝集が起こり、塩化アルミニウムは水と反応して水酸化アルミニウムへと変化し塩酸を生成する。この塩酸と下地のアルミニウム金属とが反応して、水素ガスが発生し、界面部の溶射皮膜を浮かせて、部分的な溶射皮膜破壊が起こり、皮膜が剥がれる、いわゆる膜浮き現象が発生する。この膜浮きの発生箇所では、極端な密着力の低下を招く。これらの原因はすべて、溶射皮膜表面部のクラック(割れ)と皮膜内部の開気孔(垂直割れ)が連続的に基材界面部まで繋がっていることにある。上記皮膜表面反応生成物(デポ物)AlCl3の基材界面部での反応は、次の通りである。AlCl3+3H2O→Al(OH)3+3HCl、
Al+3HCl→AlCl3+(3/2)H2
In this case, for example, in the chlorine-based gas plasma in the Al wiring etching, aluminum and chlorine react and aluminum chloride (AlCl 3 ) adheres to the surface of the sprayed coating as a deposit. The deposits penetrate into the thermal spray coating together with water and accumulate at the interface between the thermal spray coating and the aluminum base material. Then, agglomeration of aluminum chloride occurs at the interface during washing and drying, and aluminum chloride reacts with water to be converted into aluminum hydroxide to generate hydrochloric acid. This hydrochloric acid reacts with the underlying aluminum metal to generate hydrogen gas, floating the sprayed coating at the interface, causing partial destruction of the sprayed coating, and peeling the coating, a so-called film floating phenomenon occurs. At the location where the film floating occurs, the adhesion is extremely reduced. All of these causes are that cracks on the surface of the thermal spray coating and open pores inside the coating (vertical cracks) are continuously connected to the base material interface. The reaction of the film surface reaction product (deposit) AlCl 3 at the base material interface is as follows. AlCl 3 +3H 2 O→Al(OH) 3 +3HCl,
Al+3HCl→AlCl 3 +(3/2)H 2

上記膜浮き現象が発生すると、基材の損傷を招き、基材寿命が低下し、製造工程にさまざまな悪影響を及ぼすことになる。本発明では、この皮膜表面部のクラック(割れ)と皮膜内部の開気孔(垂直割れ)を可及的に少なくすることができる。即ち、上述のように、本発明では、クラック量及び気孔率を5%以下とすることができ、溶射皮膜表面からのガスや酸水、反応生成物の浸透を効果的に防止して、溶射皮膜と基材界面部の酸による金属との反応を抑制し、皮膜剥がれを防止することができる。ここで、本発明におけるクラック量の「クラック」とは溶射直後の皮膜最表面に存在する割れ(クラック)のことであり、また上記気孔率の「気孔」とは皮膜断面を鏡面研磨した面に存在する気孔のことであり上記開気孔と閉気孔の両方を含む。これらクラック量や気孔率は次のようにして測定することができる。なお、開気孔のみを測定することは実質的に困難であり、本発明では開気孔と閉気孔の両方を含む気孔率を測定しているが、この気孔率が5%以下であれば、開気孔による上記不都合の発生を可及的に防止することができるものである。   When the film floating phenomenon occurs, the base material is damaged, the life of the base material is shortened, and various adverse effects are exerted on the manufacturing process. In the present invention, the cracks on the surface of the coating and the open pores in the coating (vertical cracks) can be minimized. That is, as described above, in the present invention, the crack amount and the porosity can be set to 5% or less, and gas, acid water, and reaction products can be effectively prevented from permeating from the surface of the thermal spray coating, and the thermal spraying can be performed. It is possible to prevent the film from peeling off by suppressing the reaction between the film and the metal at the interface between the base and the acid. Here, the "crack" of the amount of cracks in the present invention is a crack existing on the outermost surface of the coating immediately after thermal spraying (cracks), and the "porosity" of the porosity means that the coating cross section is a mirror-polished surface. It refers to existing pores and includes both the open pores and the closed pores. The crack amount and porosity can be measured as follows. Note that it is substantially difficult to measure only open pores, and in the present invention, the porosity including both open pores and closed pores is measured. It is possible to prevent the above-mentioned inconvenience due to pores as much as possible.

即ち、溶射直後の皮膜最表面(クラック量の場合)又は皮膜表面を鏡面研磨した面(気孔率の場合)の全体から均等に数箇所〜数十箇所(通常5〜10ヶ所程度)を選定して、それぞれ面積0.001〜0.1mm2程度の範囲の電子顕微鏡写真を得、各電子顕微鏡写真を画像処理してクラックの面積が占める割合(%)又は開気孔と閉気孔とを合わせた面積が占める割合(%)を求め、その平均値をクラック量又は気孔率とする。 That is, several points to several tens points (usually about 5 to 10 points) are uniformly selected from the entire outermost surface of the coating immediately after thermal spraying (in the case of crack amount) or the surface of the coating surface mirror-polished (in the case of porosity). The electron micrographs each having an area of about 0.001 to 0.1 mm 2 were obtained, and each electron micrograph was image-processed to combine the ratio (%) of the crack area or the open and closed pores. The ratio (%) occupied by the area is calculated, and the average value is taken as the crack amount or porosity.

気孔率の小さいイットリウム系フッ化物溶射皮膜を成膜する方法としては、上記の焼成粉(単一造粒粉)又は上記混合粉末を溶射材料として用いる方法の他、溶射方法として爆発溶射やサスペンションプラズマ溶射(SPS)を用いることも有効である。即ち、プラズマ溶射の場合のフレーム速度はセカンダリーガスに水素を用いた場合300m/秒、ヘリウムガスを用いた場合500〜600m/秒程度であるのに対し、爆発溶射の場合は1000〜2500m/秒のフレーム速度が得られるため、溶融した溶射粉フレームが高速で基板に衝突した時のエネルギーが大きく、その作用により硬度が高く、緻密で特に開気孔の少ない溶射皮膜を得る事ができるものである。また、SPSでは単一粒子の粒径(D50)が1μm前後と小さいため、スプラット内の残留応力を小さくすることができ、皮膜表面部のマイクロクラック(割れ)と皮膜内部の開気孔(垂直割れ)を小さくして、クラック量を可及的に少なくすることができる。 As a method of forming a yttrium-based fluoride sprayed coating having a small porosity, in addition to a method of using the above-mentioned baked powder (single granulated powder) or the above mixed powder as a spraying material, explosion spraying or suspension plasma as a spraying method. It is also effective to use thermal spraying (SPS). That is, the flame velocity in the case of plasma spraying is about 300 m/sec when hydrogen is used as the secondary gas and about 500 to 600 m/sec when helium gas is used, whereas it is 1000 to 2500 m/sec in the case of explosive spraying. Since the flame velocity of is obtained, the energy when the molten flame powder frame collides with the substrate at a high speed is high, and the hardness of the flame is high due to the action, and it is possible to obtain a dense thermal spray coating with few open pores. .. Further, in SPS, the particle size (D 50 ) of a single particle is as small as around 1 μm, so that the residual stress in the splat can be reduced, and micro cracks on the surface of the coating and open pores inside the coating (vertical) The amount of cracks can be reduced as much as possible.

これらの方法を用いることにより、開気孔(オープンポア)の少ない、緻密な膜を得る事ができ、パーティクル汚染やハロゲン系腐食ガスの侵入を抑制できる。更に、上述の水と反応生成物との反応で発生する酸、精密洗浄時の水の浸透を防止でき、部材の損傷を抑制できるため、部材の更なる高寿命化が可能になる。   By using these methods, a dense film with few open pores can be obtained, and particle contamination and invasion of halogen-based corrosive gas can be suppressed. Furthermore, since it is possible to prevent the acid generated by the reaction between the water and the reaction product and the penetration of water during the precision cleaning, and the damage to the member can be suppressed, the life of the member can be further extended.

本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を半導体製造装置で使用されている金属、セラミックス等の基材表面に形成することができ、これにより優れた耐食性、良好なパーティクルの発生防止が達成されるが、更に希土類の酸化物からなる希土類酸化物溶射皮膜の下層と上記本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜とを組み合わせて複数層構造の耐食性皮膜とすることにより、より高い酸浸透抑制効果が得られ、皮膜の損傷をより効果的に防止してより信頼性の高い耐食性能を得ることができる。   The yttrium-based fluoride sprayed coating of the present invention can be formed on the surface of a base material such as a metal or ceramics used in a semiconductor manufacturing apparatus, thereby achieving excellent corrosion resistance and good particle generation prevention. Further, by combining a lower layer of a rare earth oxide sprayed coating made of an oxide of a rare earth and the yttrium fluoride sprayed coating of the present invention to form a corrosion resistant coating having a multi-layer structure, a higher acid permeation suppression effect can be obtained. Therefore, it is possible to more effectively prevent damage to the coating and obtain more reliable corrosion resistance.

上記下層を形成する上記希土類酸化物溶射皮膜の希土類元素としては、Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuから選ばれる希土類金属元素が好ましく用いられ、より好ましくはY、Sc、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuから選ばれる希土類金属元素である。これらの希土類元素は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The rare earth element of the rare earth oxide sprayed coating forming the lower layer is selected from Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu. The rare earth metal element is preferably used, and more preferably a rare earth metal element selected from Y, Sc, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu. These rare earth elements may be used alone or in combination of two or more.

この下層は、上記希土類元素の酸化物を基材表面に溶射して形成することができ、その上に上記本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を積層形成して複合耐食性皮膜とすればよい。この下層も上記と同様の理由により気孔率が皮膜表面積の5%以下であることが好ましく、より好ましくは3%以下である。このような低い気孔率は、特に制限されるものではないが、例えば次の方法により得ることができる。   This lower layer can be formed by spraying the oxide of the rare earth element on the surface of the base material, and the yttrium-based fluoride sprayed coating of the present invention may be laminated thereon to form a composite corrosion resistant coating. For the same reason as above, the lower layer preferably has a porosity of 5% or less of the coating surface area, more preferably 3% or less. Although such a low porosity is not particularly limited, it can be obtained by, for example, the following method.

即ち、上記希土類酸化物の原料粉として粒径0.5〜30μm(D50)、好ましくは1〜20μmの単一粒子粉を用い、プラズマ溶射、SPS溶射、爆発溶射等により単一粒子を十分に溶融させて溶射を行なうことにより、開気孔の少ない気孔率5%以下の緻密な希土類酸化物の溶射皮膜を形成することができる。この方法では、溶射材料として用いる上記単一粒子粉が一般の造粒溶射粉よりも粒径が小さい細かい粒子で中身が詰まったものであるため、スプラット径が小さくクラック発生を抑制できる。この効果により開気孔の極端に少ない気孔率5%以下の面粗さの小さい溶射膜が得られるものである。なお、上記「単一粒子粉」とは、球状粉、角状粉、粉砕粉等の形態で中身の詰まった粉のことを指す。 That is, a single particle powder having a particle diameter of 0.5 to 30 μm (D 50 ), preferably 1 to 20 μm is used as the raw material powder of the rare earth oxide, and the single particle is sufficiently prepared by plasma spraying, SPS spraying, explosive spraying, or the like. By performing melting and thermal spraying, the dense sprayed film of rare earth oxide having few open pores and a porosity of 5% or less can be formed. In this method, since the above-mentioned single particle powder used as the thermal spray material is one in which the content is filled with fine particles having a particle size smaller than that of the general granulated thermal spray powder, the splat diameter is small and crack generation can be suppressed. Due to this effect, a sprayed film having a surface roughness of 5% or less with extremely few open pores and a small surface roughness can be obtained. The “single particle powder” refers to powder having a solid content in the form of spherical powder, horny powder, crushed powder, or the like.

以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by showing Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[実施例1]
20mm角(厚さ5mm)のA6061アルミニウム合金基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径8μm(D50)の酸化イットリウム粉末(角状単一粒)を、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力40kW、溶射距離100mmにて30μm/Passで溶射し、膜厚100μmの酸化イットリウム溶射皮膜を下層として成膜した。画像解析法で確認したところ、この下層の気孔率は3.2%であった。なお、具体的な気孔率の測定方法は、後述する表層の気孔率の測定と同様である。
[Example 1]
The surface of a 20 mm square (thickness 5 mm) A6061 aluminum alloy base material was degreased with acetone, and one surface of the base material was roughened using a corundum abrasive. After that, yttrium oxide powder (horny single particles) having an average particle diameter of 8 μm (D 50 ) was used by using an atmospheric pressure plasma spraying apparatus, and argon gas and hydrogen gas were used as plasma gases, with an output of 40 kW and a spraying distance. Thermal spraying was performed at 100 mm and 30 μm/Pass to form a yttrium oxide sprayed coating having a film thickness of 100 μm as a lower layer. When confirmed by an image analysis method, the lower layer had a porosity of 3.2%. The specific method for measuring the porosity is the same as the method for measuring the porosity of the surface layer described later.

一方、平均粒径1μm(D50)のフッ化イットリウム粉末Aを95質量%と平均粒径0.2μmの酸化イットリウム粉末Bを5質量%の割合で混合してスプレードライ法により造粒し、窒素ガス雰囲気下にて800℃で焼成し溶射粉(溶射材料)を製造した。この溶射粉の粒径(D50)、嵩密度、安息角を測定した。結果を表1に示す。また、この溶射粉をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547とからなりY547割合は9.1質量%であった。この溶射粉(溶射材料)を上記酸化イットリウム溶射皮膜からなる下層の上に、該下層成膜時と同様の条件でプラズマ溶射して、膜厚100μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層を成膜し、全厚み200μmの2層構造の耐食性皮膜を有する試験片を作製した。 On the other hand, 95 mass% of yttrium fluoride powder A having an average particle diameter of 1 μm (D 50 ) and 5 mass% of yttrium oxide powder B having an average particle diameter of 0.2 μm are mixed and granulated by a spray drying method, A thermal spray powder (thermal spray material) was manufactured by firing at 800° C. in a nitrogen gas atmosphere. The particle diameter (D 50 ), bulk density, and angle of repose of this sprayed powder were measured. The results are shown in Table 1. Further, when XRD analysis was conducted on this thermal spray powder, as shown in Table 1, it was composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 , and the Y 5 O 4 F 7 ratio was 9.1 mass %. This sprayed powder (sprayed material) is plasma sprayed on the lower layer made of the above-mentioned yttrium oxide sprayed coating under the same conditions as when forming the lower layer to form a surface layer of the yttrium-based fluoride sprayed coating having a thickness of 100 μm. Then, a test piece having a two-layer structure corrosion-resistant coating having a total thickness of 200 μm was produced.

上記イットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有していた。また、同表層の溶射皮膜につき、表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVを測定した。結果を表1に示す。なお、クラック量、気孔率、硬度HVの測定は、下記の方法により行った。 An XRD analysis of the surface layer of the yttrium-based fluoride thermal spray coating revealed that it had a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 , as shown in Table 1. The surface roughness Ra, the Y concentration, the F concentration, the O concentration, the C concentration, the amount of surface cracks, the porosity, and the hardness HV were measured for the surface sprayed coating. The results are shown in Table 1. The crack amount, porosity, and hardness HV were measured by the following methods.

[表面のクラック量の測定]
得られた各試験片について電子顕微鏡により表面写真(倍率3000)を撮影した。5視野(1視野の撮影面積:0.0016mm2)の撮影を行った後、画像処理ソフト「Photoshop」(アドビシステムズ株式会社)で画像処理した後、画像解析ソフト「Scion Image」(Scion Corporation)を使い、クラック量の定量化を行った。5箇所の平均クラック量を画像総面積に対する百分率として評価した結果を表1に示す。
[気孔率の測定]
得られた試験片を樹脂埋めし、断面を鏡面仕上げ(Ra=0.1μm)した後、電子顕微鏡により断面写真(倍率:200倍)を撮影した。10視野(1視野の撮影面積:0.017mm2)の撮影を行った後、画像処理ソフト「Photoshop」(アドビシステムズ株式会社)で画像処理した後、画像解析ソフト「Scion Image」(Scion Corporation)を使い、気孔率の定量化を行い、10視野平均の気孔率を画像総面積に対する百分率として評価した。結果を表1に示す。
[硬度HVの測定]
得られた試験片について、表面、断面を鏡面仕上げ(Ra=0.1μm)して、マイクロビッカース硬度計により皮膜表面の硬度測定を実施した。3ヶ所を測定しその平均値を皮膜の表面硬度とした。結果を表1に示す。
[Measurement of surface crack amount]
A surface photograph (magnification: 3000) was taken with an electron microscope for each of the obtained test pieces. After shooting 5 fields of view (1 field of view shooting area: 0.0016 mm 2 ), after image processing with the image processing software “Photoshop” (Adobe Systems Co., Ltd.), image analysis software “Scion Image” (Scion Corporation) Was used to quantify the amount of cracks. Table 1 shows the results of evaluation of the average crack amount at five locations as a percentage of the total image area.
[Measurement of porosity]
The obtained test piece was filled with resin, the cross section was mirror-finished (Ra=0.1 μm), and then a cross-section photograph (magnification: 200 times) was taken with an electron microscope. After shooting 10 fields of view (shooting area of one field of view: 0.017 mm 2 ), image processing was performed with the image processing software “Photoshop” (Adobe Systems Co., Ltd.), and then image analysis software “Scion Image” (Scion Corporation) Was used to quantify the porosity, and the average porosity of 10 visual fields was evaluated as a percentage of the total image area. The results are shown in Table 1.
[Measurement of hardness HV]
The surface and cross section of the obtained test piece were mirror-finished (Ra=0.1 μm), and the hardness of the coating surface was measured with a micro Vickers hardness meter. Three points were measured and the average value was used as the surface hardness of the film. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
20mm角(厚さ5mm)のA6061アルミニウム合金基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径20μm(D50)の酸化イットリウム粉末(造粒粉)を、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力40kW、溶射距離100mmにて30μm/Passで溶射し、膜厚100μmの酸化イットリウム溶射皮膜を下層として成膜した。実施例1と同様に画像解析法で確認したところ、この下層の気孔率は2.8%であった。
[Example 2]
The surface of a 20 mm square (thickness 5 mm) A6061 aluminum alloy base material was degreased with acetone, and one surface of the base material was roughened using a corundum abrasive. Then, an yttrium oxide powder (granulated powder) having an average particle size of 20 μm (D 50 ) was used by using an atmospheric pressure plasma spraying apparatus, and argon gas and hydrogen gas were used as plasma gases to obtain an output of 40 kW and a spraying distance of 100 mm. Sprayed at 30 μm/Pass to form a 100 μm thick yttrium oxide sprayed coating as the lower layer. When confirmed by an image analysis method as in Example 1, the lower layer had a porosity of 2.8%.

一方、平均粒径1.7μm(D50)のフッ化イットリウム粉末Aを90質量%と平均粒径0.3μmの酸化イットリウム粉末Bを10質量%の割合で混合してスプレードライ法により造粒し、窒素ガス雰囲気下にて800℃で焼成し溶射粉(溶射材料)を製造した。この溶射粉の粒径(D50)、嵩密度、安息角を測定した。結果を表1に示す。また、この溶射粉をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547とからなりY547割合は17.3質量%であった。この溶射粉(溶射材料)を上記酸化イットリウム溶射皮膜からなる下層の上に、該下層成膜時と同様の条件でプラズマ溶射して、膜厚100μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層を成膜し、全厚み200μmの2層構造の耐食性皮膜を有する試験片を作製した。 On the other hand, 90 mass% of yttrium fluoride powder A having an average particle diameter of 1.7 μm (D 50 ) and 10 mass% of yttrium oxide powder B having an average particle diameter of 0.3 μm are mixed and granulated by a spray drying method. Then, it was fired at 800° C. in a nitrogen gas atmosphere to produce a sprayed powder (sprayed material). The particle size of the spray powder (D 50), the bulk density was measured angle of repose. The results are shown in Table 1. Further, when XRD analysis was performed on this thermal spray powder, it was composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 , as shown in Table 1, and the Y 5 O 4 F 7 ratio was 17.3 mass %. This sprayed powder (sprayed material) is plasma sprayed on the lower layer made of the above yttrium oxide sprayed coating under the same conditions as when forming the lower layer to form a surface layer of the yttrium-based fluoride sprayed coating having a thickness of 100 μm. Then, a test piece having a two-layer structure corrosion-resistant coating having a total thickness of 200 μm was produced.

上記イットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有していた。また、同表層の溶射皮膜につき、実施例1と同様にして、表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVを測定した。結果を表1に示す。 An XRD analysis of the surface layer of the yttrium-based fluoride thermal spray coating revealed that it had a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 , as shown in Table 1. Further, the surface roughness Ra, the Y concentration, the F concentration, the O concentration, the C concentration, the surface crack amount, the porosity, and the hardness HV of the thermal spray coating of the same surface layer were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
20mm角(厚さ5mm)のアルミナセラミック基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径30μm(D50)の酸化イットリウム粉末を、爆発溶射装置を使用し、酸素、エチレンガスを使用して、溶射距離100mmにて15μm/Passで溶射し、膜厚100μmの酸化イットリウム溶射皮膜を下層として成膜した。実施例1と同様に画像解析法で確認したところ、この下層の気孔率は1.8%であった。
[Example 3]
The surface of a 20 mm square (5 mm thick) alumina ceramic substrate was degreased with acetone, and one surface of the substrate was roughened using a corundum abrasive. After that, yttrium oxide powder having an average particle diameter of 30 μm (D 50 ) was sprayed at a spraying distance of 100 mm at 15 μm/Pass using an explosive spraying device, and oxygen and ethylene gas were used to deposit yttrium oxide having a film thickness of 100 μm. A thermal spray coating was formed as a lower layer. When confirmed by an image analysis method as in Example 1, the lower layer had a porosity of 1.8%.

一方、平均粒径1.4μm(D50)のフッ化イットリウム粉末Aを85質量%と平均粒径0.5μmの酸化イットリウム粉末Bを15質量%の割合でボールミル混合し、窒素ガス雰囲気下にて800℃で焼成し溶射粉(溶射材料)を製造した。この溶射粉の粒径(D50)を測定した。結果を表1に示す。また、この溶射粉をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547とからなりY547割合は26.4質量%であった。この溶射粉(溶射材料)と純水を使用してスラリー濃度30質量%のスラリーを作製した。上記酸化イットリウム溶射皮膜からなる下層の上に、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力100kW、溶射距離70mmにて30μm/PassでSPS溶射し、膜厚100μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層を成膜し、全厚み200μmの2層構造の耐食性皮膜を有する試験片を作製した。 On the other hand, 85 mass% of yttrium fluoride powder A having an average particle diameter of 1.4 μm (D 50 ) and 15 mass% of yttrium oxide powder B having an average particle diameter of 0.5 μm were mixed by a ball mill, and the mixture was placed in a nitrogen gas atmosphere. And fired at 800° C. to produce a sprayed powder (sprayed material). The particle diameter (D 50 ) of this sprayed powder was measured. The results are shown in Table 1. Further, when XRD analysis was performed on this thermal spray powder, as shown in Table 1, it was composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 , and the Y 5 O 4 F 7 ratio was 26.4 mass %. Using this sprayed powder (sprayed material) and pure water, a slurry having a slurry concentration of 30 mass% was prepared. On the lower layer composed of the yttrium oxide sprayed coating, an atmospheric pressure plasma spraying device was used, and argon gas, nitrogen gas, and hydrogen gas were used as plasma gases, and the output was 100 kW and the spraying distance was 70 mm, and the SPS was 30 μm/Pass. Thermal spraying was performed to form a surface layer of the yttrium-based fluoride sprayed coating having a film thickness of 100 μm, and a test piece having a two-layer structure corrosion-resistant coating having a total thickness of 200 μm was produced.

上記イットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とYOF及びY23とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有していた。また、同表層の溶射皮膜につき、実施例1と同様にして、表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVを測定した。結果を表1に示す。 XRD analysis of the surface layer of the yttrium-based fluoride thermal spray coating revealed that it had a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YF 3 , YOF and Y 2 O 3 , as shown in Table 1. Further, the surface roughness Ra, the Y concentration, the F concentration, the O concentration, the C concentration, the surface crack amount, the porosity, and the hardness HV of the thermal spray coating of the same surface layer were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
20mm角(厚さ5mm)のA6061アルミニウム合金基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径18μm(D50)の酸化イットリウム粉末(球状単一粒)を、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力40kW、溶射距離100mmにて30μm/Passで溶射し、膜厚100μmの酸化イットリウム溶射皮膜を下層として成膜した。実施例1と同様に画像解析法で確認したところ、この下層の気孔率は2.8%であった。
[Example 4]
The surface of a 20 mm square (thickness 5 mm) A6061 aluminum alloy base material was degreased with acetone, and one surface of the base material was roughened using a corundum abrasive. Then, yttrium oxide powder (spherical single particles) having an average particle diameter of 18 μm (D 50 ) was used by using an atmospheric pressure plasma spraying apparatus, and argon gas and hydrogen gas were used as plasma gases, with an output of 40 kW and a spraying distance of 100 mm. Was sprayed at 30 μm/Pass to form a 100 μm thick yttrium oxide sprayed coating as a lower layer. When confirmed by an image analysis method as in Example 1, the lower layer had a porosity of 2.8%.

一方、平均粒径45μm(D50)のフッ化イットリウム造粒粉Aと平均粒径40μmの酸化イットリウム造粒粉Bを混合比率90:10(質量比)で粉体混合し、混合粉末からなる溶射粉(溶射材料)を製造した。この溶射粉の粒径(D50)、嵩密度、安息角を測定した。結果を表1に示す。また、この溶射粉をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY23とがそのまま混合された状態であった。この溶射粉(溶射材料)を上記酸化イットリウム溶射皮膜からなる下層の上に、該下層成膜時と同様の条件でプラズマ溶射して、膜厚100μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層を成膜し、全厚み200μmの2層構造の耐食性皮膜を有する試験片を作製した。 On the other hand, yttrium fluoride granulated powder A having an average particle diameter of 45 μm (D 50 ) and yttrium oxide granulated powder B having an average particle diameter of 40 μm are mixed at a mixing ratio of 90:10 (mass ratio) to form a mixed powder. A spray powder (spray material) was produced. The particle size of the spray powder (D 50), the bulk density was measured angle of repose. The results are shown in Table 1. Further, when XRD analysis was performed on this thermal spray powder, it was in a state where YF 3 and Y 2 O 3 were mixed as they were, as shown in Table 1. This sprayed powder (sprayed material) is plasma sprayed on the lower layer made of the above-mentioned yttrium oxide sprayed coating under the same conditions as when forming the lower layer to form a surface layer of the yttrium-based fluoride sprayed coating having a thickness of 100 μm. Then, a test piece having a two-layer structure corrosion-resistant coating having a total thickness of 200 μm was produced.

上記イットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547及びY23とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有していた。また、同表層の溶射皮膜につき、実施例1と同様にして、表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVを測定した。結果を表1に示す。 XRD analysis of the surface layer of the yttrium-based fluoride thermal spray coating revealed that it had a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YF 3 , Y 5 O 4 F 7, and Y 2 O 3 as shown in Table 1. .. Further, the surface roughness Ra, the Y concentration, the F concentration, the O concentration, the C concentration, the surface crack amount, the porosity, and the hardness HV of the thermal spray coating of the same surface layer were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
20mm角(厚さ5mm)のA6061アルミニウム合金基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径20μm(D50)の酸化イットリウム粉末(造粒粉)を、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力40kW、溶射距離100mmにて30μm/Passで溶射し、膜厚100μmの酸化イットリウム溶射皮膜を下層として成膜した。実施例1と同様に画像解析法で確認したところ、この下層の気孔率は2.8%であった。
[Comparative Example 1]
The surface of a 20 mm square (thickness 5 mm) A6061 aluminum alloy base material was degreased with acetone, and one surface of the base material was roughened using a corundum abrasive. Then, an yttrium oxide powder (granulated powder) having an average particle size of 20 μm (D 50 ) was used by using an atmospheric pressure plasma spraying apparatus, and argon gas and hydrogen gas were used as plasma gases to obtain an output of 40 kW and a spraying distance of 100 mm. Sprayed at 30 μm/Pass to form a 100 μm thick yttrium oxide sprayed coating as the lower layer. When confirmed by an image analysis method as in Example 1, the lower layer had a porosity of 2.8%.

この酸化イットリウム溶射皮膜からなる下層の上に、平均粒径40μmのフッ化イットリウム造粒粉Aを溶射材料として単独で用い、下層成膜時と同様の条件でプラズマ溶射して、膜厚100μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層を成膜し、全厚み200μmの2層構造の耐食性皮膜を有する試験片を作製した。実施例1と同様にして、XRD解析を行なうと共に、溶射粉の嵩密度及び安息角、及び表層の表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVの測定を行なった。結果を表1に示す。   On the lower layer made of this yttrium oxide sprayed coating, yttrium fluoride granulated powder A having an average particle diameter of 40 μm was used alone as a thermal spraying material, and plasma spraying was performed under the same conditions as when forming the lower layer. A surface layer of the yttrium-based fluoride thermal spray coating was formed to prepare a test piece having a two-layer structure corrosion-resistant coating with a total thickness of 200 μm. The XRD analysis is performed in the same manner as in Example 1, and the bulk density and angle of repose of the sprayed powder, and the surface roughness Ra, Y concentration, F concentration, O concentration, C concentration, surface crack amount, porosity of the surface layer, The hardness HV was measured. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
20mm角(厚さ5mm)のA6061アルミニウム合金基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径30μm(D50)のフッ化イットリウム造粒粉末Aを、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力40kW、溶射距離100mmにて30μm/Passで溶射し、膜厚200μmのフッ化イットリウム溶射皮膜を成膜した。これにより、フッ化イットリウム溶射皮膜の単層からなる耐食性皮膜を有する試験片を作製した。実施例1と同様にして、XRD解析を行なうと共に、溶射粉の嵩密度及び安息角、溶射皮膜の表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVの測定を行なった。結果を表1に示す。
[Comparative example 2]
The surface of a 20 mm square (5 mm thick) A6061 aluminum alloy base material was degreased with acetone, and one surface of the base material was roughened using a corundum abrasive. Then, yttrium fluoride granulated powder A having an average particle diameter of 30 μm (D 50 ) was used at atmospheric pressure plasma spraying apparatus, argon gas and hydrogen gas were used as plasma gas, at an output of 40 kW and a spraying distance of 100 mm. Thermal spraying was performed at 30 μm/Pass to form a yttrium fluoride sprayed coating having a film thickness of 200 μm. Thus, a test piece having a corrosion resistant coating composed of a single layer of the yttrium fluoride sprayed coating was prepared. The XRD analysis is performed in the same manner as in Example 1, and the bulk density and repose angle of the sprayed powder, the surface roughness Ra, Y concentration, F concentration, O concentration, C concentration, surface crack amount, porosity of the sprayed coating, The hardness HV was measured. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
20mm角(厚さ5mm)のA6061アルミニウム合金基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径20μm(D50)の酸化イットリウム粉末(造粒粉)を、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力40kW、溶射距離100mmにて30μm/Passで溶射し、膜厚100μmの酸化イットリウム溶射皮膜を下層として成膜した。実施例1と同様に画像解析法で確認したところ、この下層の気孔率は2.8%であった。
[Comparative Example 3]
The surface of a 20 mm square (thickness 5 mm) A6061 aluminum alloy base material was degreased with acetone, and one surface of the base material was roughened using a corundum abrasive. Then, an yttrium oxide powder (granulated powder) having an average particle size of 20 μm (D 50 ) was used by using an atmospheric pressure plasma spraying apparatus, and argon gas and hydrogen gas were used as plasma gases to obtain an output of 40 kW and a spraying distance of 100 mm. Sprayed at 30 μm/Pass to form a 100 μm thick yttrium oxide sprayed coating as the lower layer. When confirmed by an image analysis method as in Example 1, the lower layer had a porosity of 2.8%.

一方、平均粒径1μm(D50)のフッ化イットリウム粉末Aを65質量%と平均粒径0.2μmの酸化イットリウム粉末Bを35質量%の割合で混合してスプレードライ法により造粒し、窒素ガス雰囲気下にて800℃で焼成し溶射粉(溶射材料)を製造した。この溶射粉の粒径(D50)、嵩密度、安息角を測定した。結果を表1に示す。また、この溶射粉をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547とからなりY547割合は49.8質量%であった。この溶射粉(溶射材料)を上記酸化イットリウム溶射皮膜からなる下層の上に、該下層成膜時と同様の条件でプラズマ溶射して、膜厚100μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層を成膜し、全厚み200μmの2層構造の耐食性皮膜を有する試験片を作製した。 On the other hand, 65 mass% of yttrium fluoride powder A having an average particle diameter of 1 μm (D 50 ) and 35 mass% of yttrium oxide powder B having an average particle diameter of 0.2 μm are mixed and granulated by a spray drying method, A thermal spray powder (thermal spray material) was manufactured by firing at 800° C. in a nitrogen gas atmosphere. The particle diameter (D 50 ), bulk density, and angle of repose of this sprayed powder were measured. The results are shown in Table 1. Further, when XRD analysis was performed on this thermal spray powder, as shown in Table 1, it was composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 , and the Y 5 O 4 F 7 ratio was 49.8 mass %. This sprayed powder (sprayed material) is plasma sprayed on the lower layer made of the above-mentioned yttrium oxide sprayed coating under the same conditions as when forming the lower layer to form a surface layer of the yttrium-based fluoride sprayed coating having a thickness of 100 μm. Then, a test piece having a two-layer structure corrosion-resistant coating having a total thickness of 200 μm was produced.

上記イットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層をXRD解析したところ、表1に示したようにYOF、Y547及びY769からなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有していた。また、同表層の溶射皮膜につき、実施例1と同様にして、表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVを測定した。結果を表1に示す。 XRD analysis of the surface layer of the yttrium-based fluoride thermal spray coating revealed that it had a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YOF, Y 5 O 4 F 7 and Y 7 O 6 F 9 as shown in Table 1. .. Further, the surface roughness Ra, the Y concentration, the F concentration, the O concentration, the C concentration, the surface crack amount, the porosity, and the hardness HV of the thermal spray coating of the same surface layer were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[比較例4]
20mm角(厚さ5mm)のA6061アルミニウム合金基材の表面をアセトン脱脂し、該基材の片面をコランダムの研削材を用いて粗面化処理した。その後、平均粒径20μm(D50)の酸化イットリウム粉末(造粒粉)を、大気圧プラズマ溶射装置を使用し、アルゴンガス、水素ガスをプラズマガスとして使用して、出力40kW、溶射距離100mmにて30μm/Passで溶射し、膜厚100μmの酸化イットリウム溶射皮膜を下層として成膜した。実施例1と同様に画像解析法で確認したところ、この下層の気孔率は2.8%であった。
[Comparative Example 4]
The surface of a 20 mm square (thickness 5 mm) A6061 aluminum alloy base material was degreased with acetone, and one surface of the base material was roughened using a corundum abrasive. Then, an yttrium oxide powder (granulated powder) having an average particle size of 20 μm (D 50 ) was used by using an atmospheric pressure plasma spraying apparatus, and argon gas and hydrogen gas were used as plasma gases to obtain an output of 40 kW and a spraying distance of 100 mm. Sprayed at 30 μm/Pass to form a 100 μm thick yttrium oxide sprayed coating as the lower layer. When confirmed by an image analysis method as in Example 1, the lower layer had a porosity of 2.8%.

一方、平均粒径1μm(D50)のフッ化イットリウム粉末Aを50質量%と平均粒径0.2μmの酸化イットリウム粉末Bを50質量%の割合で混合してスプレードライ法により造粒し、窒素ガス雰囲気下にて800℃で焼成し溶射粉(溶射材料)を製造した。この溶射粉の粒径(D50)、嵩密度、安息角を測定した。結果を表1に示す。また、この溶射粉をXRD解析したところ、表1に示したようにYF3とY547とY23とからなりY547割合は59.1質量%であった。この溶射粉(溶射材料)を上記酸化イットリウム溶射皮膜からなる下層の上に、該下層成膜時と同様の条件でプラズマ溶射して、膜厚100μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層を成膜し、全厚み200μmの2層構造の耐食性皮膜を有する試験片を作製した。 On the other hand, 50 mass% of yttrium fluoride powder A having an average particle diameter of 1 μm (D 50 ) and 50 mass% of yttrium oxide powder B having an average particle diameter of 0.2 μm are mixed and granulated by a spray drying method, A thermal spray powder (thermal spray material) was manufactured by firing at 800° C. in a nitrogen gas atmosphere. The particle diameter (D 50 ), bulk density, and angle of repose of this sprayed powder were measured. The results are shown in Table 1. Further, XRD analysis of this thermal spray powder revealed that it was composed of YF 3 , Y 5 O 4 F 7, and Y 2 O 3 as shown in Table 1, and the Y 5 O 4 F 7 ratio was 59.1% by mass. It was This sprayed powder (sprayed material) is plasma sprayed on the lower layer made of the above yttrium oxide sprayed coating under the same conditions as when forming the lower layer to form a surface layer of the yttrium-based fluoride sprayed coating having a thickness of 100 μm. Then, a test piece having a two-layer structure corrosion-resistant coating having a total thickness of 200 μm was produced.

上記イットリウム系フッ化物溶射皮膜の表層をXRD解析したところ、表1に示したようにYOFとY547とからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有していた。また、同表層の溶射皮膜につき、実施例1と同様にして、表面粗さRa、Y濃度、F濃度、O濃度、C濃度、表面クラック量、気孔率、硬度HVを測定した。結果を表1に示す。 XRD analysis of the surface layer of the yttrium-based fluoride thermal spray coating revealed that it had a yttrium-based fluoride crystal structure composed of YOF and Y 5 O 4 F 7 , as shown in Table 1. Further, the surface roughness Ra, the Y concentration, the F concentration, the O concentration, the C concentration, the surface crack amount, the porosity, and the hardness HV of the thermal spray coating of the same surface layer were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

得られた上記実施例1〜4及び比較例1〜4の試験片につき、下記の試験により、パーティクルの発生及びプラズマ耐食性を評価した。結果を表1に示す。
[パーティクル発生評価試験]
各試験片について超音波洗浄(出力200W、洗浄時間30分)を行い、試験片を乾燥した後、20ccの超純水の中に浸漬させて更に15分間の超音波洗浄を行った。超音波洗浄後、試験片を取り出し、5.3規定の硝酸液を2cc加えて超純水中に含まれるY23微粒子を溶かし、ICP発光分光分析法によりY23定量値を測定した。結果を表1に示す。
[耐食性評価試験]
各試験片について、表面を鏡面仕上げ(Ra=0.1μm)して、マスキングテープでマスキングした部分と暴露部分を作った後に、リアクティブイオンプラズマ試験装置にセットし、周波数13.56MHz、プラズマ出力1000W、ガス種CF4+O2(20vol%)、流量50sccm、ガス圧50mtorr、20時間の条件でプラズマ耐食性試験を行った。レーザー顕微鏡を使用し、腐食によって暴露部分とマスキング部分との間に生じた段差の高さをレーザー顕微鏡で測定し、測定箇所4点の平均値を求め、耐食性を評価した。結果を表1に示す。
The obtained test pieces of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were evaluated for particle generation and plasma corrosion resistance by the following tests. The results are shown in Table 1.
[Particle generation evaluation test]
Each test piece was subjected to ultrasonic cleaning (output 200 W, cleaning time 30 minutes), dried, and then immersed in 20 cc of ultrapure water for further 15 minutes of ultrasonic cleaning. After ultrasonic cleaning, take out the test piece, add 2 cc of 5.3N nitric acid solution to dissolve the Y 2 O 3 fine particles contained in the ultrapure water, and measure the quantitative value of Y 2 O 3 by ICP emission spectrometry. did. The results are shown in Table 1.
[Corrosion resistance evaluation test]
The surface of each test piece is mirror-finished (Ra=0.1 μm), a masked tape masked portion and an exposed portion are formed, and then the test piece is set in a reactive ion plasma tester, with a frequency of 13.56 MHz and plasma output. The plasma corrosion resistance test was conducted under the conditions of 1000 W, gas species CF 4 +O 2 (20 vol %), flow rate 50 sccm, gas pressure 50 mtorr, and 20 hours. Using a laser microscope, the height of the step formed between the exposed portion and the masked portion due to corrosion was measured with a laser microscope, and the average value of the four measurement points was calculated to evaluate the corrosion resistance. The results are shown in Table 1.

表1に示されているように、本発明にかかる実施例1〜4のイットリウム系フッ化物溶射皮膜は、比較例1〜4の溶射皮膜に比べて、クラック及び開気孔が少なく、高硬度で緻密な皮膜であることが確認された。この場合、図1,2に比較例1の溶射皮膜表面の解析画像写真、図3,4に実施例2の溶射皮膜表面の解析画像写真を示した。図1,2と図3,4の比較により、本発明の溶射皮膜は従来の皮膜に比べてクラックが遥かに少ないことが明確に確認される。   As shown in Table 1, the yttrium fluoride thermal spray coatings of Examples 1 to 4 according to the present invention have less cracks and open pores and higher hardness than the thermal spray coatings of Comparative Examples 1 to 4. It was confirmed to be a dense film. In this case, FIGS. 1 and 2 show analysis image photographs of the surface of the sprayed coating of Comparative Example 1, and FIGS. 3 and 4 show analysis image photographs of the surface of the sprayed coating of Example 2. By comparing FIGS. 1 and 2 with FIGS. 3 and 4, it is clearly confirmed that the thermal spray coating of the present invention has far fewer cracks than the conventional coating.

また、表面層として本発明のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を含む実施例1〜4の耐食性皮膜は、上記パーティクル発生評価試験におけるY23の溶出量が比較例1〜4の皮膜に比べて遥かに少なく、脱落微粒子(パーティクル)の発生を効果的に防止し得ることが確認された。更に、この実施例1〜4の耐食性皮膜は、上記耐食性試験において腐食により生じる段差の高さが、比較例1〜4の皮膜に比べて遥かに小さく、プラズマエッチングに対する耐食性に優れることが確認された。 Further, the corrosion-resistant coatings of Examples 1 to 4 containing the yttrium-based fluoride sprayed coating of the present invention as the surface layer had a Y 2 O 3 elution amount in the above particle generation evaluation test as compared with the coatings of Comparative Examples 1 to 4. It was confirmed that the number of particles was far less and that the generation of fine particles could be effectively prevented. Further, it was confirmed that the corrosion-resistant coatings of Examples 1 to 4 had a much smaller step height caused by corrosion in the above-mentioned corrosion resistance test than the coatings of Comparative Examples 1 to 4, and were excellent in corrosion resistance to plasma etching. It was

Claims (9)

基材表面に形成された厚さ10〜500μmのイットリウム系フッ化物溶射皮膜であり、YF3と、Y547及び/又はYOFとを含むイットリウム系フッ化物結晶構造を有し、酸素濃度2〜4質量%、硬度350〜470HVであり、クラック量が皮膜表面積の5%以下、かつ気孔率が皮膜表面積の5%以下であることを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射皮膜。 A yttrium-based fluoride thermal spray coating having a thickness of 10 to 500 μm formed on the surface of a base material, having a yttrium-based fluoride crystal structure containing YF 3 and Y 5 O 4 F 7 and/or YOF, and oxygen. concentration 2-4 wt%, hardness 350~470HV der is, 5% of the cracks weight film surface area or less, and yttrium-based fluoride thermal spray coating porosity and wherein 5% der Rukoto coating surface area. YF3と、Y547及び/又はYOFとからなるイットリウム系フッ化物結晶構造を有する請求項1に記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜。 The yttrium fluoride thermal spray coating according to claim 1, which has a yttrium fluoride crystal structure composed of YF 3 and Y 5 O 4 F 7 and/or YOF. 炭素の含有量が0.01質量%以下である請求項1又は2に記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜。 The yttrium fluoride thermal spray coating according to claim 1 or 2 , wherein the carbon content is 0.01% by mass or less. 請求項1〜のいずれか1項に記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を形成するための溶射材料であり、9〜27質量%がY547で残部がYF3の造粒粉からなることを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射材料。 Claim 1 is a thermal spray material to form a yttrium-based fluoride spray coating according to any one of 3, granulated powder balance YF 3 9 to 27 mass% in Y 5 O 4 F 7 An yttrium-based fluoride thermal spray material characterized by comprising: 請求項1〜のいずれか1項に記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を形成するための溶射材料であり、フッ化イットリウムの造粒粉95〜85質量%と酸化イットリウムの造粒粉5〜15質量%とを混合した混合粉末であることを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射材料。 It is a thermal spray material for forming the yttrium fluoride thermal spray coating according to any one of claims 1 to 5 , and is a granulated powder of yttrium fluoride of 95 to 85 mass% and a granulated powder of yttrium oxide of 5 to 5. A yttrium-based fluoride thermal spray material, which is a mixed powder containing 15% by mass. 請求項1〜のいずれか1項に記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜を形成する方法であって、請求項又は記載のイットリウム系フッ化物溶射材料を用いた溶射により形成することを特徴とするイットリウム系フッ化物溶射皮膜の形成方法。 A method for forming the yttrium-based fluoride thermal spray coating according to any one of claims 1 to 5 , which is formed by thermal spraying using the yttrium-based fluoride thermal spray material according to claim 4 or 5. And a method for forming a yttrium-based fluoride sprayed coating. 上記溶射がプラズマ溶射である請求項記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜の形成方法。 The method for forming a yttrium-based fluoride sprayed coating according to claim 6 , wherein the spraying is plasma spraying. 厚さ10〜500μmで気孔率5%以下の希土類酸化物溶射皮膜からなる下層と、請求項1〜のいずれか1項に記載のイットリウム系フッ化物溶射皮膜からなる最表面層とを有する複数層構造であることを特徴とする耐食性皮膜。 Multiple having a lower layer a thickness of the rare earth oxide sprayed coating having a porosity of 5% or less at 10 to 500 [mu] m, and an outermost layer made of yttrium-based fluoride sprayed coating according to any one of claims 1 to 3 A corrosion-resistant coating having a layered structure. 上記下層の希土類酸化物溶射皮膜の希土類金属元素が、Y、Sc、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuから選ばれる1種又は2種以上である請求項記載の耐食性皮膜。 9. The corrosion resistance according to claim 8 , wherein the rare earth metal element of the lower layer rare earth oxide sprayed coating is one or more selected from Y, Sc, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu. Film.
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